CN101469636A - 缸内直接燃料喷射式火花点火发动机的排气控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种缸内直接燃料喷射式火花点火发动机的排气控制装置，其目的在于提高发动机冷机状态时的排气性能。本发明的发动机具有吸入空气量可变机构，其使进气阀的升程或动作角变化，使吸入空气量可变，其特征在于，对于配置在前述发动机的排气通路中而净化排气的催化剂，在起动时无催化剂升温要求的情况下，在进气行程中喷射燃料而以均质燃烧方式使发动机运转，在起动时有催化剂升温要求的情况下，在前述供给的燃料的燃压小于规定燃压时，控制前述吸入空气量可变机构，达到与无催化剂升温要求的情况相比更大的升程量或更大的动作角，以均质燃烧方式运转，在前述供给的燃料的燃压大于或等于规定燃压时，以延迟燃烧方式进行运转。

Description

缸内直接燃料喷射式火花点火发动机的排气控制装置

技术领域

本发明涉及一种缸内直接燃料喷射式火花点火发动机的排气控制装置。

背景技术

作为现有的具备可变动阀机构的发动机的控制装置，有时分层燃烧时所要求的阀特性(气门正时·阀升程)和均质燃烧时要求的阀特性不同。这样，在要求从均质燃烧向分层燃烧切换时，有时会同时要求变更阀特性。在这种情况下，如果在燃烧切换的同时变更阀特性，则燃烧状态不稳定，有时会发生切换冲击，因此在变更阀特性之后切换燃烧方式(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：特开平11-82079号公报

发明内容

在这里，在发动机处于冷机状态时，存在均质起动后向排气性能优越的分层燃烧切换的情况。但是，因为前述现有的发动机的控制装置，即使在这种情况下也会在变更阀特性之后切换燃烧方式，因此存在燃烧方式的切换延迟，排气性能恶化的问题。

本发明是着眼于上述现有的问题而提出的，其目的在于，缩短从具有切换燃烧方式的要求之后至实际切换燃烧方式为止的时间，防止排气性能的恶化。

本发明根据下述解决方法解决前述问题。另外，为了容易理解，附加与本发明的实施方式对应的标号，但不限于此。

本发明的发动机的排气控制装置，其具有发动机以及催化剂，

该发动机具有：

燃料供给单元(20)，其向缸内直接供给燃料；

点火单元(10)，其对前述供给的燃料进行点火；

吸入空气量可变机构(110)，其使进气阀的升程或动作角变化，从而使吸入空气量可变；以及

控制器(50)，其对前述燃料供给单元、点火单元、吸入空气量可变机构进行控制，

前述催化剂(41)配置在前述发动机的排气通路(40)中，净化从发动机排出的排气，

其特征在于，

前述控制器(50)包含：

催化剂升温要求判定单元，其判定在起动时是否为要求使前述催化剂升温的运转状态(S3)；以及

燃压判定单元，其判定所供给的燃料的燃压是否大于或等于规定燃压(S8)，

该控制器(50)，在起动时没有催化剂升温要求的情况下，利用均质燃烧方式使发动机运转，该均质燃烧方式是在进气行程中喷射燃料，在压缩上死点之前对混合气进行点火(S5)，

在起动时具有催化剂升温要求的情况下，在前述供给的燃料的燃压小于规定燃压时，控制前述吸入空气量可变机构，与没有催化剂升温要求的情况相比成为更大的升程量或更大的动作角，以均质燃烧方式进行运转(S9)，

并且，在前述供给的燃料的燃压大于或等于规定燃压时，利用延迟燃烧方式进行运转，该延迟燃烧方式是在燃料喷射后，在压缩上死点后对混合气进行点火(S11)。

此外，另一种发动机的排气控制装置，其具有发动机以及催化剂，

该发动机具有：

燃料供给单元(20)，其向缸内直接供给燃料；

点火单元(10)，其对前述供给的燃料进行点火；

吸入空气量可变机构(110)，其使进气阀的升程或动作角变化，从而使吸入空气量可变；以及

控制器(50)，其对前述燃料供给单元、点火单元、吸入空气量可变机构进行控制，

前述催化剂(41)配置在前述发动机的排气通路(40)中，净化从发动机排出的排气，

其特征在于，

前述控制器(50)包含：

催化剂升温要求判定单元，其判定在起动时是否为要求使前述催化剂升温的运转状态(S3)；以及

燃压判定单元，其判定所供给的燃料的燃压是否大于或等于规定燃压(S8)，

该控制器(50)，在起动时具有催化剂升温要求且前述供给的燃料的燃压大于或等于规定燃压的情况下，以延迟燃烧方式进行运转，该延迟燃烧方式是在燃料喷射后，在压缩上死点后对混合气进行点火(S6、S8、S12)，

在起动时具有催化剂升温要求且前述供给的燃料的燃压小于规定燃压的情况下，将前述吸入空气量可变机构控制为前述延迟燃烧方式的状态，同时利用均质燃烧方式使发动机运转，该均质燃烧方式是在进气行程中喷射燃料，在压缩上死点前对混合气进行点火(S6、S8、S9)。

发明的效果

根据本发明，在具有使催化剂尽快活化的要求的情况下，在进行均质起动时，将吸入空气量可变机构设定为与没有催化剂升温要求的情况相比升程量或动作角更大。即，使进气阀的升程量或动作角大于通常均质起动时设定的升程量。在这里，为了实现催化剂的尽快活化，从更早时刻开始进行延迟燃烧是有效的。并且，延迟燃烧时所要求的吸入空气量大于均质起动时所要求的空气量。

因此，如本发明所述，如果预先将进气阀的升程量、或动作角设定为大于通常(没有催化剂活化要求的情况)的均质起动时所设定的升程量或动作角，则在均质起动后向延迟燃烧切换时，可以缩短用于变更吸入空气量可变机构的所需时间。由此，因为可以在更早时刻开始进行延迟燃烧，所以可以提高排气性能。

附图说明

图1是缸内直接燃料喷射式火花点火发动机的排气控制装置的整体系统图。

图2是进气阀可变动阀机构的斜视图。

图3是说明进气阀可变动阀机构的作用的图。

图4是表示延迟燃烧的点火定时及燃料喷射定时的一个实施例的图。

图5是表示延迟燃烧时在燃烧室内形成的混合气的状态的图。

图6是说明在发动机起动时及怠速运转时对发动机的进气阀可变动阀机构进行控制的流程图。

图7是表示在本实施方式所涉及的发动机起动时及怠速运转时对进气阀可变动阀机构进行控制的动作的时序图。

具体实施方式

下面，参照附图等，对本发明的实施方式进行说明。

图1是本发明的一个实施方式所涉及的缸内直接燃料喷射式火花点火发动机(以下简称“发动机”)1的排气控制装置的整体系统图。

发动机1具有点火装置10、燃料喷射装置20、进气通路30、以及排气通路40。

点火装置10对在各气缸内被压缩的混合气进行点火。

燃料喷射装置20利用高压喷嘴向各气缸直接喷射燃料。向燃料喷射装置20供给的燃料贮藏在燃料箱21内。在燃料箱21内一体模块化地内置电动式低压燃料泵22、低压调压阀23以及燃料过滤器24。

在燃料箱21内贮藏的燃料由低压燃料泵22吸引，从该低压燃料泵22喷出。喷出的低压燃料由燃料过滤器24进行过滤，经由低压燃料通路25a供给至高压燃料泵26。然后，从高压燃料泵26喷出的燃料经由高压燃料通路25b供给至燃料喷射装置20。在高压燃料通路25b中具有检测燃料压力(以下简称“燃压”)的燃压传感器27。

此外，在将高压燃料通路25b和低压燃料通路25a连接而使燃料从高压燃料通路25b向低压燃料通路25a返回的返回通路25d中，安装有高压调压器28。高压燃料通路25b的燃压由高压调压器28基于来自燃压传感器27的信号，通过使返回通路25d的开口面积连续地变化，从而反馈控制为与运转状态对应的目标燃压。

另外，流过低压燃料通路25a的燃料的燃压，由低压调压阀23进行调压，该低压调压阀23安装在使燃料返回至燃料箱21的返回通路25c中。此外，高压燃料泵26由发动机1进行驱动，是从发动机低速旋转开始就可以排出高压燃料的柱塞型燃料泵。

进气通路30是用于向各气缸供给空气的通路。在进气通路30中，从上游开始依次设有空气流量传感器31和电子控制节流阀32。

空气流量传感器31检测发动机1的吸入进气量。

电子控制节流阀32由来自后述的控制器50的控制信号驱动节流阀33，控制为与运转状态相应的节流阀开度。另外，在本实施方式中，吸入空气量的调整基本上由后述的进气阀可变动阀机构100实施。

排气通路40是用于将在各气缸内产生的排气(燃烧气体或空气等)向外部排出的通路。在排气通路40中设有催化剂净化器41。

催化剂净化器41去除排气中的碳化氢或氮氧化物等有害物质。

控制器50由微型计算机构成，其具有中央运算装置(CPU)、读取专用存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、以及输入输出接口(I/O接口)。在控制器50中除了前述空气流量传感器31和燃压传感器27之外，还输入来自水温传感器51、曲轴角传感器52、怠速开关53、点火开关54、起动开关55等的信号。

水温传感器51检测发动机1的水温。

曲轴角传感器52检测发动机旋转速度及各个气缸的基准位置。曲轴角传感器52在曲轴的每单位旋转角度时输出位置信号(以下简称为“POS信号”)。曲轴角传感器52在曲轴的基准位置时输出基准信号(以下简称“REF信号”)。控制器50根据POS信号或REF信号等，计算点火定时及燃料喷射定时。

怠速开关53在加速器踏板没有被踏入时成为接通，检测是否处于怠速运转中。

点火开关54及起动开关55，利用由车辆驾驶员操作的点火钥匙(未图示)的两级的扭转操作，按顺序地接通或断开。

图2是发动机1中使用的进气阀可变动阀机构100的斜视图。

进气阀可变动阀机构100具有：升程·动作角可变机构110，其使进气阀111的升程·动作角变化；以及相位可变机构140，其使进气阀111的中心角(进气阀111迎来最大升程的曲轴角度位置)的相位提前或延迟。另外，在图2中仅对与一个气缸对应的一对进气阀111及其关联部件进行了简略的图示。

首先，对升程·动作角可变机构110的结构进行说明。

在发动机1的各气缸内，设有一对进气阀111和一对排气阀(未图示)。在进气阀111的上方设有中空状的驱动轴113，其在气缸排列方向上延伸。驱动轴113经由设置在其一端部上的从动链轮142等，利用未图示的皮带或链条与曲轴连接，与曲轴联动而围绕轴旋转。

在驱动轴113上，对于每个气缸，均相对于驱动轴113可自由旋转地安装一对摆动凸轮120。对于其作用将在后面详述，但通过使该一对摆动凸轮120以驱动轴113为中心在规定的旋转范围内摆动(上下移动)，使位于其下方的进气阀111的气门挺杆119被按压，进气阀111向下方进行提升。另外，一对摆动凸轮120为圆筒等，以彼此相同的相位被固定。

在驱动轴113的外周，通过压入等固定圆筒状的驱动凸轮115。驱动凸轮115被固定在轴向上与摆动凸轮120相距规定距离的位置。并且，在驱动凸轮115的外周面上，可自由旋转地嵌合连杆臂125的基端。

在驱动轴113的斜上方，控制轴116与驱动轴113平行地在气缸排列方向上延伸，可自由旋转地被支撑。

在控制轴116的一端部设有升程量控制致动器130，其使控制轴116在规定旋转角度范围内旋转。升程量控制致动器130根据来自检测发动机运转状态的控制器50的控制信号，由第1液压装置201控制。

在控制轴116的外周面上，通过压入等固定控制凸轮117。在控制凸轮117上，摇臂118可自由旋转地嵌合在控制凸轮117的外周面上。摇臂118以控制凸轮117的轴心为支撑点进行摆动。

另外，摇臂118形成以被支撑在控制凸轮117上的中央基端部118a为中心，与轴向垂直地向左右方向延伸的形状。

摇臂118的一端部与连杆臂125的突出端125b，由插入两者中的连结销连结，使摇臂118位于上方。

摇臂118的另一端部与连杆部件126的一端部，由插入两者中的连结销连结。

连杆部件126的另一端部与摆动凸轮120，由插入两者中的连结销连结，使摆动凸轮120位于摇臂118的下方。

下面，对升程·动作角可变机构110的作用进行说明。

如果驱动轴113与曲轴联动而进行旋转，则经由驱动凸轮115及在其外周可自由旋转地嵌合的连杆臂125，使摇臂118以控制凸轮117的中心点为中心进行摆动(上下移动)。摇臂118的摆动，经由连杆部件126向摆动凸轮120传递，摆动凸轮120在规定角度范围内进行摆动。通过该摆动凸轮120进行摆动、即上下移动，气门挺杆119被按压，进气阀111向下方进行提升。

在这里，如果经由升程量控制致动器130而控制轴116进行旋转，则摇臂118的摆动支撑点即控制凸轮117的中心点也会旋转位移，摇臂118相对于发动机主体的支撑位置变化，进而摆动凸轮120的初始摆动位置变化。因此，摆动凸轮120与气门挺杆119之间的初始接触位置也变化。由此，因为曲轴每旋转一周的摆动凸轮120的摆动角总是保持恒定，所以最大升程量变化。

下面，对相位可变机构140的结构及作用进行说明。

相位可变机构140具有相位角控制致动器141和第2液压装置202。

相位角控制致动器141使链轮142和驱动轴113在规定的角度范围内相对地旋转。

第2液压装置202根据来自检测发动机1的运转状态的控制器50的控制信号，对相位角控制致动器141进行控制。

通过由第2液压装置202对相位角控制致动器141进行液压控制，链轮142和驱动轴113相对地旋转，升程中心角提前或延迟。

图3是说明进气阀可变动阀机构100的作用的图。

如前所述，因为控制凸轮117的初始位置可以连续地变化，所以与此相伴，进气阀111的阀升程特性也会连续地变化。即，如图3的实线所示，进气阀可变动阀机构100可以利用升程·动作角可变机构110，使进气阀111的升程量及动作角这两者同时连续地扩大或缩小。虽然也取决于各部分的布局，但例如与进气阀111的升程量及动作角的大小变化相应地，进气阀111的打开定时和关闭定时也大致对称地变化。

并且，如图3的虚线所示，进气阀可变动阀机构100可以利用相位可变机构140，使升程中心角提前或延迟。

这样，通过组合升程·动作角可变机构110和相位可变机构140，进气阀可变动阀机构100可以在任意曲轴角度位置处使进气阀111开闭。在本实施方式中，对升程·动作角可变机构110和相位可变机构140同时进行控制，以使得成为对应于运转状态而计算出的目标吸入空气量。

另外，在排气阀侧仅具有相位可变机构140，可以使排气阀的中心角的相位任意地提前或延迟。由此，可以任意地设定排气阀的开闭定时。

发动机1如上所述地构成，与运转状态相应地将燃烧方式切换为通常的分层燃烧及均质燃烧而进行运转。

在这里，所谓通常的分层燃烧，是指在压缩行程中喷射燃料，在使燃料偏向点火装置10的附近的状态下，在压缩上死点之前对混合气进行点火，由此进行的燃烧。所谓均质燃烧，是指在进气行程中喷射燃料，在整个燃烧室内形成空燃比均匀的混合气之后进行点火，由此进行的燃烧。

此外，在本实施方式中，在发动机处于冷机状态时的怠速运转中，将燃烧方式切换为与前述通常的分层燃烧及均质燃烧不同的燃烧方式即延迟燃烧。

该延迟燃烧，是将点火定时设定在压缩上死点以后，同时在该点火定时之前喷射燃料的燃烧方式。进行上述延迟燃烧的原因在于，为了在发动机处于冷机状态时使催化剂尽快活化以及降低碳氢化合物的排出浓度，点火定时延迟是有效的，而为了得到更好的效果，压缩上死点后的点火是有效的。下面，参照图4，对该延迟燃烧的点火定时及燃料喷射定时进行说明。

图4是表示延迟燃烧的点火定时及燃料喷射定时的一个实施例的图。

如图4所示，点火定时设定在压缩上死点以后的从10[degATDC]开始至50[degATDC]之间的期间。燃料喷射定时设定在压缩行程及膨胀行程中，分两次喷射燃料。

这样，通过将点火定时设定在从10[degATDC]至50[degATDC]为止的期间，使点火定时大幅度延迟，可以得到充分的后燃烧效应，以用于使催化剂尽快活化以及降低碳氢化合物的排出浓度。

此外，为了使压缩上死点以后的点火下的燃烧稳定，需要缩短燃烧期间。为此，需要强化缸内紊流而提高燃烧速度(火焰传播速度)。缸内紊流可以利用在缸内由高压喷射出的燃料喷雾的能量而生成·强化。

在本实施方式所涉及的延迟燃烧的情况下，由压缩上死点前的压缩行程中进行的第一次的燃料喷射I₁而生成的缸内紊流，会在压缩上死点以后慢慢衰减。但是，在本实施方式中，在残留由该第一次燃料喷射I₁而生成的缸内紊流的压缩上死点后的膨胀行程中，进行第二次燃料喷射I₂。因此，可以强化在第一次燃料喷射I₁中生成的缸内紊流。

因此，即使使点火定时大幅度地延迟，也因为在即将点火之前喷射燃料而强化缸内紊流，使燃烧速度提高，所以可以使燃烧稳定。

图5是表示延迟燃烧时在燃烧室内形成的混合气的状态的图。

如图5所示，利用在压缩行程中进行的第一次燃料喷射I₁，在点火装置10的附近形成比理论空燃比更浓的第1混合气块301。并且，利用在膨胀行程中进行的第二次燃料喷射I₂，在由燃料喷射I₁形成的第1混合气块301的内部，进一步形成更浓的第2混合气块302。在第1混合气块301的外侧，形成燃料尚未扩散过来的新气体层303。燃烧室11的整体的空燃比设定为比理论空燃比稀薄一些(16～17左右)。由此，确保了碳氢化合物的后燃烧中所需要的氧气。

在上述分层化的状态下，由点火装置10对第2混合气块302进行点火，进行延迟燃烧。

为了提高排气性能，在发动机处于冷机状态时，希望将燃烧方式尽快地切换为延迟燃烧，从而实现催化剂的尽快活化。

但是，因为延迟燃烧时与均质燃烧时相比，点火定时大幅度地延迟，所以发动机扭矩相应地下降，发动机旋转速度也下降。因此，延迟燃烧时与均质燃烧时相比，使吸入空气量增加，以防止发动机扭矩的下降。由此，发动机旋转速度维持为怠速旋转速度。

在本实施方式中，通过对升程·动作角可变机构110和相位可变机构140进行控制而进行吸入空气量的调整。因此，与使吸入空气量增加的延迟燃烧时的目标升程量相比，均质燃烧时的目标升程量小。

这样，如果怠速运转时的均质燃烧的目标升程量和延迟燃烧的目标升程量不同，则会产生如下问题。

例如在以均质燃烧进行了起动的情况下，在此后将燃烧方式切换为延迟燃烧时，在升程量与目标升程量一致之前，有可能发生不点火等问题，因此无法将燃烧方式切换为延迟燃烧。

这样，在从发出向延迟燃烧切换的指令之后，至实际切换为延迟燃烧为止，会产生时间延迟。延迟燃烧是为了提高排气温度而使催化剂尽快活化，提高排气性能而实施的。因此，如果在实际切换为延迟燃烧之前产生时间延迟，则相应地排气性能恶化。

因此，在本实施方式中，为了缩短上述时间延迟，在存在催化剂的尽快活化要求的情况下，由均质燃烧进行发动机起动时，预先将目标升程量设定为较高，在得到向延迟燃烧切换的指令时，可以马上切换燃烧方式。下面，对上述发动机起动时及怠速运转时的进气阀可变动阀机构100的控制进行说明。

图6是说明在发动机起动时及怠速运转时对发动机1的进气阀可变动阀机构100进行控制的流程图。如果点火开关54成为接通，则控制器50开始该程序，以规定的运算周期反复执行。

在步骤S1中，控制器50判定起动开关55是否为接通。控制器50在起动开关55为接通时使处理跳转至步骤S3，在起动开关55为断开时使步骤跳转至步骤S2。

在步骤S2中，控制器50判定起动开关成为断开之后的经过时间是否达到催化剂活化时间。该催化剂活化时间，是从起动开关成为断开之后至催化剂活化为止大致所需要的时间，是根据检测或推定出的催化剂温度或延迟量等而设定的可变值。催化剂温度越低，催化剂活化时间越长，此外延迟量越小，催化剂活化时间越长。例如，只要设定数秒～30秒左右的规定时间即可。如果经过了催化剂活化时间，则控制器50判定暖机完成，结束本次处理。另一方面，如果还没有经过催化剂活化时间，则使处理跳转至步骤S3。

另外，作为催化剂温度的检测或推定方法，在具有例如催化剂温度传感器的情况下，可以由该催化剂温度传感器对催化剂温度进行检测。这时的活化判定温度，例如只要设定为600℃～800℃的规定温度即可。另一方面，在不具备催化剂温度传感器的情况下，可以由发动机的水温推定催化剂温度。此外，可以根据起动时的发动机水温和起动后的吸入空气量的累计值，推定催化剂温度。

此外，暖机完成后，位于低速低负载侧的规定的运转区域时进行油耗较低的分层燃烧，位于低速高负载侧及高速高负载侧的规定的运转区域时进行均质燃烧，以得到高输出。

在步骤S3中，控制器50判定是否存在催化剂的尽快活化要求。在没有催化剂的尽快活化要求时，控制器50使处理跳转至步骤S4，在存在催化剂的尽快活化要求时，使处理跳转至步骤S6。是否具有催化剂的尽快活化要求，只要判定检测或推定出的催化剂温度是否大于规定的活化温度即可。

在步骤S4中，控制器50将进气阀111的目标升程量设定为均质起动时用的目标升程量。

在步骤S5中，控制器50利用均质燃烧起动发动机。

这样，在没有催化剂的尽快活化要求时，跳转至步骤S4、S5，将进气阀111的目标升程量设定为均质起动时用的目标升程量，利用均质燃烧进行起动。在利用在压缩行程中喷射燃料的分层燃烧起动发动机的情况下，在燃压达到规定的分层许可燃压之前，无法进行发动机的起动。因此，特别是在没有催化剂的活化要求时，通过利用不需要等待燃压上升的均质燃烧起动发动机，可以迅速起动发动机。

在步骤S6中，控制器50将进气阀111的目标升程量设定为分层起动时用的目标升程量。在本实施方式中，该分层起动时用的目标升程量，设定为与延迟燃烧时的目标升程量相同，以使得起动后可以马上切换至延迟燃烧。

在步骤S7中，控制器50判定起动开关55成为接通之后是否经过了规定时间。该规定时间是考虑进气阀可变动阀机构100的升程量控制致动器130的响应延迟等而设定的时间。如果没有经过规定时间，则控制器50结束本次处理，如果经过了规定时间，则使处理跳转至步骤S8。

在步骤S8中，控制器50判定燃压值是否大于规定的分层许可燃压。如果燃压值小于分层许可燃压，则控制器50使处理跳转至步骤S9，如果大于分层许可燃压，则使处理跳转至步骤S10。

在步骤S9中，控制器50在将进气阀111的目标升程量维持为分层起动时用的目标升程量的状态下，相对于均质起动时通常设定的点火定时，将点火定时向延迟侧校正之后，利用均质燃烧起动发动机。这是基于以下理由。

跳转至步骤S9，是因为处于具有催化剂活化要求的状态，因此优选由分层燃烧进行起动。这是因为，与使燃料在缸内均匀地扩散的均质燃烧相比，分层燃烧可以抑制缸内壁流的形成。因此，通过进行分层起动，与进行均质起动相比可以降低燃料喷射量，因此可以降低未燃烧的碳氢化合物的排出量，提高排气性能。

但是，如果在起动开关55成为接通之后经过规定时间后，继续等待燃压上升至分层许可燃压，则会使发动机起动的时间过长。另一方面，如果将进气阀111的目标升程量设定为均质起动时用的目标升程量而进行均质起动，则在此之后，为了催化剂活化而切换为延迟燃烧时，在进气阀可变动阀机构100的响应结束之前无法进行燃烧的切换。因此催化剂的活化延迟，排气性能恶化。

因此，通过在将进气阀111的目标升程量维持为分层起动时用的目标升程量的状态下，利用均质燃烧使发动机运转，从而可以缩短发动机起动时间，同时消除从均质燃烧切换为延迟燃烧时的进气阀可变动阀机构的响应等待(时间延迟)。

此外，如果维持分层起动时用的目标升程量而直接进行均质燃烧，则吸入空气量会过多，发动机扭矩过度增加。因此，在本实施方式中，通过使点火定时延迟而降低发动机扭矩，从而抵消由于吸入空气量的增量而相应增加的扭矩量。

在步骤S10中，控制器50判定发动机旋转速度是否大于规定的旋转速度。如果发动机旋转速度小于规定的旋转速度，则控制器50使处理跳转至步骤S11，如果大于规定的旋转速度，则使处理跳转至步骤S12。

在步骤S11中，控制器50利用通常的分层燃烧使发动机起动。由此，通过从比较需要发动机扭矩的初爆至发动机旋转速度超过规定的发动机旋转速度为止，进行通常的分层燃烧，以确保发动机的起动性。

在步骤S12中，控制器50以延迟燃烧使发动机运转。

图7是表示在本实施方式所涉及的发动机起动时及怠速运转时进气阀可变动阀机构100的控制动作的时序图。另外，为了明确与图6中的流程图的对应关系，同时附加流程图中的步骤序号而进行说明。

在时刻t1，如果起动开关55成为接通(图7(B)；在S1中为“是”)，则控制器50判定是否具有催化剂的尽快活化要求(S3)。在时刻t1，因为具有催化剂的尽快活化要求(图7(C)；在S3中为“是”)，因此控制器50将进气阀111的目标升程量设定为，与没有催化剂的尽快活化要求的情况下进行的均质燃烧时相比更大的目标升程量。另外，在本实施方式中，将目标升程量设定为具有尽快活化要求的情况下的分层起动时用的目标升程量(图7(E-1)；S6)。并且，对进气阀111的升程量进行控制，以使其与目标升程量一致(图7(E-1))。

在时刻t2，如果起动开关55成为接通之后的时间达到规定时间(图7(B)；在S7中为“是”)，则控制器50判定燃压是否达到分层许可燃压(S8)。

为了在更早的定时判断出燃压是否正常地上升，分层许可燃压例如可以设定为2MPa～3MPa左右。此外，在进行燃料的缸内2次喷射控制时的燃压，例如为10MPa～12MPa左右的情况下，也可以将其附近的值作为分层燃压许可条件。在本实施方式中，因为在时刻t2燃压尚未达到分层许可燃压(图7(D)；在S8中为“否”)，所以控制器50在将进气阀111的目标升程量维持为分层起动时用的目标升程量的状态下，将点火定时向延迟侧校正，利用均质燃烧开始发动机的起动(S9)。

另外，在本实施方式中，使用燃压传感器检测实际的燃压而判定是否达到分层许可燃压，但也可以通过例如对发动机转速的上升或对从发动机起动时开始的时间进行计测，推定燃压的上升而进行判定。

这样，尽管从起动开关55接通之后经过了规定时间，但在燃压没有达到分层许可燃压时，不进行分层起动而进行均质起动，从而可以迅速地进行发动机起动。

此外，因为目标升程量是维持分层起动时用的目标升程量的状态，所以在起动后为了催化剂活化而将燃烧方式向延迟燃烧切换时，不需要变更升程量。因此，在燃压达到分层许可燃压(时刻t4)时，可以马上将燃烧方式向延迟燃烧切换。从而，因为可以从更早时刻开始进行延迟燃烧，所以可以使催化剂尽快活化，可以使排气性能提高。

并且，如果维持分层起动时用的目标升程量而直接进行均质燃烧，则吸入空气量会过多，发动机扭矩会过于增加，但通过使点火定时延迟而降低发动机扭矩，可以抵消由于吸入空气量的增量而相应增加的扭矩量。

在时刻t3，如果起动开关55成为断开(图7(B)；在S1中为“否”)，则控制器50判定是否经过了催化剂活化时间(S2)。如上所述，该催化剂活化时间是从起动开关成为断开之后至催化剂活化为止大致所需要的时间，是根据检测或推定出的催化剂温度或延迟量等而设定的可变值。因此，在具有催化剂的尽快活化要求的状态下，尚未经过该催化剂活化时间。

在时刻t3，因为燃压尚未达到分层许可燃压(图7(D))，所以在继续将进气阀111的目标升程量维持为分层起动时用的目标升程量的状态下，进行均质燃烧(图7(E-1)；在S2、S3、S7中为“是”，在S8中为“否”)。

在时刻t4，如果燃压达到分层许可燃压(图7(D)；在S8中为“是”)，则控制器50判定发动机旋转速度是否高于规定的旋转速度(比怠速旋转速度略低的旋转速度)(S10)。在时刻t4，由于发动机处于怠速运转中，发动机旋转速度维持怠速运转速度(在S10中为“是”)，因此控制器50将燃烧方式从均质燃烧向延迟燃烧转换(S12)。

在这里，如果是现有技术，则如图7(E-2)所示，在时刻t2停止分层起动而进行均质起动的情况下，将进气阀111的目标升程量设定为均质起动时用的较小的升程量。并且，对进气阀111的升程量进行控制，以成为该目标升程量。

因此，在时刻t4发出向延迟燃烧转换的指令，目标升程量被设定为延迟燃烧时用的较大的升程量时，在进气阀可变动阀机构100的响应结束的时刻t5之前，无法将燃烧方式切换为延迟燃烧。

与此相对，在本实施方式中如图7(E-1)所示，即使在时刻t2中止分层起动而进行均质起动的情况下，也会将进气阀111的目标升程量设定为延迟燃烧时用的较大的升程量。

因此，可以在时刻t4发出向延迟燃烧转换的指令时，马上将燃烧方式切换为延迟燃烧。

根据上述说明的本实施方式，在具有催化剂尽快活化要求的情况下，在进行均质起动时，将进气阀111的升程量设定为，与通常均质起动时所设定的升程量相比更大的延迟燃烧时所设定的升程量。

由此，在均质起动后切换为延迟燃烧时，因为升程量已经设定为延迟燃烧时用的升程量，所以可以不等待进气阀可变动阀机构100的响应而切换燃烧方式。即，不会发生从发出切换燃烧方式的指令后至实际切换之前的时间延迟。因此，在具有催化剂尽快活化要求时，因为可以从更早时刻开始进行延迟燃烧，所以可以提高排气温度而促进催化剂的尽快活化，提高排气性能。

另外，本发明不限定于上述实施方式，在本发明的技术思想的范围内，显然可以进行各种变形。

例如，在本实施方式中，燃压是由燃压传感器检测的，但也可以通过计测从发动机起动开始的时间、水温等，推定燃压的上升，由此判定燃压是否达到分层许可燃压。

此外，例如在本实施方式中，将分层起动时的目标升程量设定为与延迟燃烧时用的目标升程量相同的升程量，但只要设定为大于均质起动用的目标升程量的值，即可以缩短从发出切换燃烧方式的指令至实际切换为止的时间延迟，因此可以提高排气性能。

并且，特别是如果将分层起动时的目标升程量，设定为延迟燃烧时所设定的目标升程量和通常的均质起动时所设定的目标升程量之间的中间值附近，则一方面可以使从发出切换燃烧方式的指令后至实际切换为止的时间延迟较短，另一方面可以抑制由空气量增加引起的吹升。并且，因为可以使升程量较小，流入缸内的进气的流速变高，因此可以加速缸内流动。因此可以稳定燃烧状态。

另外，在上述实施例的延迟燃烧中，在压缩行程及膨胀行程分开地喷射燃料，但也可以一次性地在压缩行程或膨胀行程中喷射燃料。或者，在也可以在压缩行程中分两次喷射燃料。

Claims (12)

1.一种发动机的排气控制装置，其具有发动机以及催化剂，

该发动机具有：

燃料供给单元，其向缸内直接供给燃料；

点火单元，其对前述供给的燃料进行点火；

吸入空气量可变机构，其使进气阀的升程或动作角变化，从而使吸入空气量可变；以及

控制器，其对前述燃料供给单元、点火单元、吸入空气量可变机构进行控制，

前述催化剂配置在前述发动机的排气通路中，净化从发动机排出的排气，

该排气控制装置的特征在于，

前述控制器包含：

催化剂升温要求判定单元，其判定在起动时是否为要求使前述催化剂升温的运转状态；以及

燃压判定单元，其判定所供给的燃料的燃压是否大于或等于规定燃压，

该控制器，在起动时没有催化剂升温要求的情况下，利用均质燃烧方式使发动机运转，该均质燃烧方式是在进气行程中喷射燃料，在压缩上死点之前对混合气进行点火，

在起动时具有催化剂升温要求的情况下，在前述供给的燃料的燃压小于规定燃压时，控制前述吸入空气量可变机构，与没有催化剂升温要求的情况相比成为更大的升程量或更大的动作角，以均质燃烧方式进行运转，

并且，在前述供给的燃料的燃压大于或等于规定燃压时，利用延迟燃烧方式进行运转，该延迟燃烧方式是在燃料喷射后，在压缩上死点后对混合气进行点火。

2.根据权利要求1所述的发动机的排气控制装置，其特征在于，

起动时具有催化剂升温要求的情况下的均质燃烧方式时的前述吸入空气量可变机构，控制为起动时具有催化剂升温要求的情况下的延迟燃烧方式时的前述吸入空气量可变机构的升程量或动作角。

3.根据权利要求1所述的发动机的排气控制装置，其特征在于，

在起动时具有催化剂升温要求，且前述供给的燃料的燃压小于规定燃压的情况下，以与没有催化剂升温要求的情况相比更大的空气量作为目标空气量，对前述吸入空气量可变机构进行控制。

4.根据权利要求1所述的发动机的排气控制装置，其特征在于，

在起动时具有催化剂升温要求，且前述供给的燃料的燃压小于规定燃压的情况下的目标空气量，是前述延迟燃烧方式时所设定的目标吸入空气量的大致一半的空气量。

5.根据权利要求1所述的发动机的排气控制装置，其特征在于，

在起动时或怠速时要求使前述催化剂升温的运转状态下，且燃烧方式为均质燃烧方式时，使点火定时延迟，以抵消由于增量的空气量而相应增加的发动机的扭矩量。

6.根据权利要求1所述的发动机的排气控制装置，其特征在于，

前述吸入空气量可变机构具有：

驱动轴，其与曲轴联动而进行旋转；

偏心驱动凸轮，其与前述驱动轴一体地被旋转驱动；

第1连杆，其可滑动接触地与前述偏心驱动凸轮嵌合；

控制轴，其与前述驱动轴平行地设置；

连结臂，其可自由旋转地支撑在前述控制轴的偏心控制凸轮部上，由前述第1连杆摆动驱动；以及

第2连杆，其与前述连结臂连结，使摆动凸轮摆动，该摆动凸轮对前述进气阀进行提升，

前述第2连杆和前述摆动凸轮的连结部构成为配置在前述摆动凸轮的凸部侧，通过使前述摆动凸轮的摆动中心与前述连结臂的旋转中心之间的距离变化，使阀升程量连续地变化。

7.一种发动机的排气控制装置，其具有发动机以及催化剂，

该发动机具有：

燃料供给单元，其向缸内直接供给燃料；

点火单元，其对前述供给的燃料进行点火；

吸入空气量可变机构，其使进气阀的升程或动作角变化，从而使吸入空气量可变；以及

控制器，其对前述燃料供给单元、点火单元、吸入空气量可变机构进行控制，

前述催化剂配置在前述发动机的排气通路中，净化从发动机排出的排气，

该排气控制装置的特征在于，

前述控制器包含：

催化剂升温要求判定单元，其判定在起动时是否为要求使前述催化剂升温的运转状态；以及

燃压判定单元，其判定所供给的燃料的燃压是否大于或等于规定燃压，

该控制器，在起动时具有催化剂升温要求且前述供给的燃料的燃压大于或等于规定燃压的情况下，以延迟燃烧方式进行运转，该延迟燃烧方式是在燃料喷射后，在压缩上死点后对混合气进行点火，

在起动时具有催化剂升温要求且前述供给的燃料的燃压小于规定燃压的情况下，将前述吸入空气量可变机构控制为前述延迟燃烧方式的状态，同时利用均质燃烧方式使发动机运转，该均质燃烧方式是在进气行程中喷射燃料，在压缩上死点前对混合气进行点火。

8.根据权利要求7所述的发动机的排气控制装置，其特征在于，

在前述供给的燃料的燃压小于规定燃压的情况下，燃烧方式为前述均质燃烧方式时，使点火定时延迟，以抵消由于将前述吸入空气量可变机构控制为前述延迟燃烧方式的状态而增加的发动机扭矩量。

9.一种缸内直接燃料喷射式火花点火发动机的排气控制方法，其特征在于，具有：

催化剂升温要求判定工序，在该工序中判定是否为要求使催化剂升温的运转状态，该催化剂配置在前述发动机的排气通路中，净化从该发动机排出的排气；

燃烧方式切换工序，该工序中具有均质燃烧方式和延迟燃烧方式，对应于运转状态而将燃烧方式切换为前述均质燃烧方式或延迟燃烧方式中的某一个，该均质燃烧方式是在进气行程中喷射燃料，在压缩上死点前对混合气进行点火，该延迟燃烧方式是在燃料喷射后，在压缩上死点后对混合气进行点火；以及

吸入空气量控制工序，在该工序中与运转状态相应地，设定与前述所切换的燃烧方式对应的目标吸入空气量，使前述发动机的进气阀的升程或动作角变化，以成为该目标吸入空气量，从而对使吸入空气量可变的吸入空气量可变机构进行控制，

在前述吸入空气量控制工序中，在起动时或怠速时的要求使前述催化剂升温的运转状态下，且燃烧方式是均质燃烧方式时，将目标吸入空气量设定为与均质燃烧方式时不要求升温的运转状态下的目标吸入空气量相比更大的空气量，并对前述吸入空气量可变机构进行控制，以成为该目标吸入空气量。

10.根据权利要求9所述的发动机的排气控制方法，其特征在于，

起动时具有催化剂升温要求的情况下的均质燃烧方式时的前述吸入空气量可变机构，控制为起动时具有催化剂升温要求的情况下的延迟燃烧方式时的前述吸入空气量可变机构的升程量或动作角。

11.根据权利要求9所述的发动机的排气控制方法，其特征在于，

在起动时具有催化剂升温要求，且前述供给的燃料的燃压小于规定燃压的情况下，以与没有催化剂升温要求的情况相比更大的空气量作为目标空气量，对前述吸入空气量可变机构进行控制。

12.根据权利要求9所述的发动机的排气控制方法，其特征在于，

在起动时具有催化剂升温要求，且前述供给的燃料的燃压小于规定燃压的情况下的目标空气量，是前述延迟燃烧方式时所设定的目标吸入空气量的大致一半的空气量。

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